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GEBIET DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messfühleranordnung, bestehend aus einem Messfühler und einer Tauchhülse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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STAND DER TECHNIK
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In unterschiedlichsten Anwendungen werden Tauchhülsen zur Aufnahme von Messfühlern verwendet, beispielsweise zur Temperaturmessung in Rohrleitungen mit strömenden Flüssigkeiten, flüssigkeitsführenden Speichermedien, unter Druck stehenden Gasen oder aber sonstigen schädlichen Medien. Im Fall einer derartigen Tauchhülsenmontage ragt die Tauchhülse hierbei üblicherweise durch eine Isolierung in den eigentlichen Messraum in der Rohrleitung mit dem zu vermessenden Medium. Im Inneren der Tauchhülse befindet sich der geeignet fixierte Messfühler, der über eine derartige solche durch die Tauchhülse vor einer Beschädigung durch das jeweilige Medium geschützt wird. Die Tauchhülse ist in derartigen Anwendungen oftmals in einer Öffnung der Rohrleitung verschraubt angeordnet. Mit dem Messfühler, beispielsweise einem Temperatursensor, ist mitunter ein Gehäuse verbunden, in dem eine Signalverarbeitungselektronik angeordnet ist, über die eine Verarbeitung der vom Messfühler erzeugten Messsignale erfolgt. Die Einheit, bestehend aus Messfühler und Gehäuse mit Signalverarbeitungselektronik, sei nachfolgend auch als Transmittereinheit bezeichnet.
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Im konkreten Einsatz erweist sich nunmehr als wichtig, dass der jeweilige Messfühler oder ggf. die vollständige Transmittereinheit möglichst einfach in der Tauchhülse montiert bzw. demontiert werden kann. Aus dem Stand der Technik ist hierzu bereits eine Reihe von Möglichkeiten bekannt.
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So wird z. B. in der
DE 20 2012 008 452 U1 vorgeschlagen den Messfühler über mehrere radial durchgreifende Feststellschrauben in der Tauchhülse zu fixieren. Wie aus der einzigen Figur dieser Druckschrift ersichtlich ist, befindet sich hierbei eine der zwei vorgesehenen Feststellschrauben im Bereich einer Isolierung, die die Wandung des Messraums umgibt. Als nachteilig an dieser Anordnungsvariante erweist sich daher, dass zur Montage bzw. Demontage des Messfühlers die Isolierung beschädigt bzw. entfernt werden muss; zudem ist ein Werkzeug erforderlich, um die Feststellschrauben zu betätigen.
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In einer weiteren bekannten Anordnung ist vorgesehen, den Messfühler in der Tauchhülse über eine Montagefeder zu fixieren; hierzu sei etwa auf die
EP 940 661 A1 verwiesen. Die dort vorgeschlagene Montagefeder dient zusätzlich als Wärmebrücke zwischen dem Messfühler und der Tauchhülse und ist als in radialer Richtung elastisches Federteil bzw. Blechlamelle ausgebildet, das sich einerseits am Messfühler und andererseits an der Tauchhülse abstützt. Befestigt ist die Montagefeder am Boden des Messfühlers, beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben. Über diese Variante lässt sich bei der Montage zwar eine Beschädigung der Isolierung vermeiden; als Nachteil erweist sich aber, dass der jeweilige Messfühler oder ggf. die Transmittereinheit mit Montagefeder lediglich für die Tauchhülsenmontage geeignet ist und nicht anderweitig verbaut werden kann, beispielsweise in einer sog. Kanalmontage ohne erforderliche Tauchhülse.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messfühleranordnung anzugeben, über die zum einen eine einfache, insbesondere werkzeuglose Montage und Demontage des Messfühlers in der Tauchhülse möglich ist; zum anderen sollte der Messfühler und/oder eine komplette Transmittereinheit zum Einsatz in möglichst vielen Montagevarianten geeignet sein.
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Diese Aufgabe wird durch eine Messfühleranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind.
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Die erfindungsgemäße Messfühleranordnung umfasst einen in eine Tauchhülse einführbaren Messfühler, wobei der Messfühler über eine Montagefeder in der Tauchhülse fixiert ist. Die Montagefeder ist an der Tauchhülse befestigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Montagefeder eine kreisförmige Grundplatte mit einer Öffnung für den Messfühler sowie mindestens eine an der Grundplatte angeordnete laschenartige, elastische Klammer umfasst, die im montierten Zustand den Messfühler in der Tauchhülse verspannt fixiert.
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Dabei kann die Klammer im wesentlichen senkrecht zur Grundplatte orientiert sein und einen Knick aufweisen, der in Richtung der Längs-Symmetrieachse der Montagefeder orientiert ist und im montierten Zustand der Messfühler im Bereich der Knicke in Kontakt mit der Montagefeder ist, wobei die Klammer derart dimensioniert ist, dass im demontierten Zustand ein die Knicke beinhaltende Kreislinie eines Kreises um die Längs-Symmetrieachse einen kleineren Durchmesser aufweist wie der Messfühler.
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Mit Vorteil weist die mindestens eine Klammer hierbei
- – einen ersten Abschnitt auf, der sich von der Grundplatte bis zum Knick erstreckt und
- – einen zweiten Abschnitt, der sich vom Knick bis zum Ende der Klammer erstreckt.
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Es ist möglich, dass die Montagefeder zwei oder drei identisch ausgebildete Klammern umfasst.
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Bevorzugt sind die Klammern dann symmetrisch entlang des Außenumfangs der kreisförmig ausgebildeten Grundplatte angeordnet.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Grundplatte mit der mindestens einen Klammer einstückig ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Montagefeder aus Edelstahl oder Federstahl ausgebildet.
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Mit Vorteil ist die Montagefeder an der Tauchhülse angeschweißt oder angelötet.
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Dabei ist es möglich, dass die Montagefeder in einer Nut an einem stirnseitigen Ende der Tauchhülse über ein Punktschweißverfahren oder ein Hartlötverfahren befestigt ist.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Montagefeder klemmbar an der Tauchhülse befestigt ist.
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Dabei ist es möglich, dass die Montagefeder in einer umlaufenden Nut im Inneren der Tauchhülse klemmbar befestigt ist.
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In einer möglichen Ausführungsform ist der Messfühler an dem zur Tauchhülse abgewandten Ende mit einem Gehäuse verbunden, in dem eine Signalverarbeitungselektronik angeordnet ist.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Messfühler ein Sensorelement umfasst, das als Temperatursensor ausgebildet ist.
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Als vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung erweist sich, dass eine Montage und Demontage des Messfühlers ohne jegliches Werkzeug erfolgen kann. Eine Entfernung oder ggf. Beschädigung der Isolierung um den Messraum ist hierbei nicht erforderlich.
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Desweiteren kann die Variantenvielfalt entsprechender Anordnungen verringert werden, da für unterschiedliche Montagevarianten nunmehr die gleichen Messfühler bzw. Transmittereinheiten eingesetzt werden können, also etwa sowohl für eine Kanalmontage als auch für eine Tauchhülsenmontage.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung seien anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung in Verbindung mit den Figuren erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigt hierbei
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1a eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messfühleranordnung;
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1b eine vergrößerte Teilansicht aus 1a;
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2a eine Teil-Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messfühleranordnung;
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2b eine vergrößerte Teilansicht aus 2a;
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3a eine perspektivische Ansicht einer ersten geeigneten Montagefeder;
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3b–3d jeweils eine Schnittansicht der Montagefeder aus 3a;
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4a eine perspektivische Ansicht einer zweiten geeigneten Montagefeder;
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4b–4d jeweils eine Schnittansicht der Montagefeder aus 4a.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Anhand der Schnittansicht von 1a und der vergrößerten Teilansicht eines Details in 1b sei nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung erläutert.
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Mithilfe der in 1a dargestellten Messfühleranordnung wird die Temperatur eines flüssigen Mediums 16, beispielsweise Wasser, bestimmt, das in einer Rohrleitung 15 fließt, die von einer Isolierung 12 umgeben ist. Der Innenraum der Rohrleitung 15 stellt somit den Messraum dar, in dem vorliegend die Mediumstemperatur als Messgröße über die erfindungsgemäße Messfühleranordnung mit einem Messfühler 17 in Tauchhülsen-Montage bestimmt wird.
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In der Rohrleitung 15 ist wie aus 1a ersichtlich eine Öffnung vorgesehen, durch die eine rohrförmige Tauchhülse 13 aus Messing oder Edelstahl in das Innere der Rohrleitung 15 mit dem Medium 16 ragt. Die Öffnung der Rohrleitung 15 kann hierbei ein geeignetes Innengewinde aufweisen, in dem die Tauchhülse 13 mit einem entsprechend ausgebildeten Außengewinde eingeschraubt wird. Im Inneren der Tauchhülse 13 ist der Messfühler 17 angeordnet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Temperaturfühler ausgebildet ist. Der Messfühler 17 umfasst i. w. eine rohrförmige Schutzhülse, in der ein – nicht dargestelltes – Sensorelement angeordnet ist; das Sensorelement ist vorliegend als Temperatur-Sensorelement in Form eines temperaturabhängigen Widerstands ausgebildet.
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Am gegenüber der Tauchhülse 13 abgewandten Ende des Messfühlers 17 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 11 mit dem Messfühler 17 verbunden, in dem eine – ebenfalls nicht dargestellte – Signalverarbeitungselektronik angeordnet ist. Über diese wird im vorliegenden Beispiel der aufgrund von Temperaturänderungen sich ändernde elektrische Widerstand des Sensorelements bestimmt und in ein geeignetes analoges oder digitales Signal zur Weiterverarbeitung umgewandelt. Grundsätzlich ist eine derartige Signalverarbeitungselektronik aber nicht zwingend für die erfindungsgemäße Messfühleranordnung erforderlich.
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Zur sicheren Fixierung des Messfühlers 17 in der Tauchhülse 13 ist in der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung eine Montagefeder 14 vorgesehen, die an der Tauchhülse 13 befestigt ist. Zum detaillierten Aufbau der Montagefeder 14 und der damit möglichen Fixierung des Messfühlers 17 in der Tauchhülse 13 sei auf die nachfolgende Beschreibung der 3a–3d verwiesen.
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Die Montagefeder 14 ist im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel der Messfühleranordnung an der Tauchhülse 13 angeschweißt befestigt. Bevorzugt erfolgt dies über eine Punktschweißung in einer kreisförmigen Nut an einem stirnseitigen Ende der Tauchhülse 13, das abgewandt zum Messraum orientiert ist. In 1b ist mit dem Bezugszeichen P ein Schweißpunkt in der Nut bezeichnet, über den die Montagefeder 14 mit der Tauchhülse 13 verbunden ist.
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Alternativ zur Befestigung über Punktschweißen kann in einer Variante der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung auch vorgesehen werden, die Montagefeder an der gleichen Stelle über ein Hartlötverfahren an der Tauchhülse zu befestigen. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die Tauchhülse aus Messing ausgebildet ist.
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Eine weitere alternative Befestigung einer Montagefeder 114 an der Tauchhülse 113 ist in den 2a und 2b gezeigt, in denen Teile einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung in unterschiedlichen Ansichten ersichtlich sind, nämlich die Tauchhülse 113 sowie die Montagefeder 114. Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist die Montagefeder 114 nicht dauerhaft, sondern klemmbar an der Tauchhülse 113 befestigt. Dies erfolgt, indem die Montagefeder 114 in eine im Inneren der rohrförmigen Tauchhülse 113 umlaufende Nut 113.1 eingeschnappt und dadurch an der Tauchhülse 113 befestigt wird. Wenn anschließend der – nicht in den 2a, 2b gezeigte – Messfühler in die Tauchhülse 113 eingesteckt wird, wird die Montagefeder 114 in der Tauchhülse 113 elastisch verspannt und damit der Messfühler sicher in der Tauchhülse 113 fixiert. Die im Inneren der Tauchhülse 113 vorgesehene, umlaufende Nut 113.1 besitzt in axialer Richtung eine hinreichende Breite, damit sich zumindest ein elastischer Teil der Montagfeder 114 beim Verspannen bzw. Montieren des Messfühlers geringfügig in axialer Richtung bewegen kann.
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Die im zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung verwendete Montagefeder 114 kann identisch zur Montagefeder 14 aus dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein; unterschiedlich ist lediglich die Befestigung derselbigen an der jeweiligen Tauchhülse 113 bzw. 13.
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Im Hinblick auf die konkrete Ausbildung der Montagefeder aus den beiden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Messfühleranordnung sei auf die verschiedenen Darstellungen bzw. Schnittansichten einer geeigneten Montagefeder 14 in den 3a–3d verwiesen.
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Wie aus diesen Figuren ersichtlich, umfasst die Montagefeder 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine kreisförmige Grundplatte 14.1 mit einer zentralen, kreisförmigen Öffnung 14.0 für den Messfühler sowie mehrere laschenartige, elastische Klammern 14.1, 14.2. Im Beispiel der 3a–3d sind lediglich zwei Klammern 14.2, 14.3 an der kreisförmigen Grundplatte 14.1 vorgesehen, wobei diese symmetrisch entlang des Außenumfangs der Grundplatte 14.1 angeordnet sind, nämlich einander symmetrisch gegenüberliegend. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass in einer alternativen Ausführungsform lediglich eine Klammer an der Grundplatte angeordnet ist. Die Grundplatte 14.1 mit den Klammern 14.2, 14.3 ist vorliegend einstückig ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Edelstahl oder Federstahl. Über die Klammern 14.2, 14.3 wird im montierten Zustand der Messfühleranordnung der Messfühler in der Tauchhülse sicher fixiert. Die Klammern 14.2, 14.3 sind jeweils im wesentlichen senkrecht zur Grundplatte 14.1 orientiert und weisen einen Knick K2, K3 auf, der in Richtung der Längs-Symmetrieachse A der Montagefeder 14 orientiert ist. Ein erster Abschnitt 14.2a, 14.3a der Klammern 14.2, 14.3 erstreckt sich hierbei jeweils von der Grundplatte 14.1 bis zum Knick K2, K3, ein zweiter Abschnitt 14.2b, 14.3b der Klammern 14.2, 14.3 erstreckt sich vom jeweiligen Knick K2, K3 bis zum Ende der Klammer 14.2, 14.3. Die Dimensionierung der Klammern 14.2, 14.3 erfolgt hierbei derart, dass der Abstand d der gegenüberliegenden Knicke K2, K3 der Klammern 14.2, 14.3 kleiner ist als der Durchmesser des axial über die Öffnung 14.0 einzuführenden Messfühlers. Auf diese Art und Weise ist der Messfühler im montierten Zustand im Bereich der Knicke K2, K3 über die Klammern in der Tauchhülse sicher verspannt fixiert mit den Klammern 14.2, 14.3 der Montagefeder 14.
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Eine alternative Ausführungsform einer geeigneten Montagefeder 214 ist in den 4a–4d gezeigt. Nachfolgend sei lediglich auf die maßgeblichen Unterschiede derselbigen zur soeben erläuterten Variante eingegangen.
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So sind nunmehr nicht nur zwei elastische, laschenartige Klammern an der Grundplatte 214.1 der Montagefeder 214 angeordnet, sondern drei derartige Klammern 214.2, 214.3, 214.4. Die einzelnen Klammern 214.2–214.4 weisen wie die Klammern der oben erläuterten Variante jeweils wiederum zwei Abschnitte und einen Knick zwischen diesen Abschnitten auf. Wie oben sind die drei Klammern 214.2–214.4 symmetrisch entlang des Außenumfangs der kreisförmig ausgebildeten Grundplatte 214.1 angeordnet, was vorliegend einen Anordnungswinkel von 120° zwischen benachbarten Klammern 214.2–214.4 bedeutet. Auch in dieser Variante ist im montierten Zustand der Messfühler im Bereich der Knicke in Kontakt mit der Montagefeder 214. Die Klammern 214.2–214.4 sind analog zum vorherigen Beispiel derart dimensioniert, dass im demontierten Zustand eine die Knicke beinhaltende fiktive Kreislinie eines Kreises um die Längs-Symmetrieachse A einen kleineren Durchmesser aufweist wie der Messfühler. Auf diese Art und Weise ist die wiederum verspannte Fixierung des Messfühlers in der Tauchhülse gewährleistet. Die Montagefeder-Variante mit drei Klammern 214.2–214.4 erweist sich insbesondere im Hinblick auf die sichere verspannte Fixierung und Zentrierung des eingesteckten Messfühlers als nochmals geeigneter als die Variante mit lediglich zwei Klammern.
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Neben den erläuterten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Messfühleranordnung können im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich auch weiter abgewandelte Varianten realisiert werden.
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So können natürlich auch alternative Geometrien für die Montagefeder vorgesehen werden. Beispielsweise muss deren Grundplatte nicht unbedingt kreisförmig ausgebildet sein, ebenso kann die darin angeordnete Öffnung einen nicht-kreisförmigen Querschnitt aufweisen usw..
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Desweiteren ist es auch möglich, Montagefedern mit lediglich einer einzigen Klammer oder aber mit mehr als drei laschenartigen, elastischen Klammern auszubilden. Im Fall lediglich einer einzigen Klammer würde diese den Messfühler gegen die gegenüberliegende Innenwand der Tauchhülse drücken, d. h. der zur verspannten Fixierung erforderliche Gegendruck zur Klammer der Montagefeder wird dann durch die Tauchhülse ausgeübt usw..
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012008452 U1 [0004]
- EP 940661 A1 [0005]
